CN101807659B - 局部喷涂荧光粉的白光led封装方法、荧光粉局部涂敷结构 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法，LED芯片在功率型支架上固晶、焊线之后，把LED支架放置一模具内，露出芯片及边缘区域；用自动点胶机的雾化喷嘴将所喷出荧光粉胶体雾化，在芯片表面和侧壁上细小的荧光粉胶滴联接成膜；通过等离子体处理所述支架的热沉的表面，胶滴主要汇聚在芯片周围；在芯片周围形成一层均匀的荧光粉胶体薄膜，热固化或紫外固化后形成LED荧光粉的局部涂敷。本发明增加了白光LED光色的均匀性；由于本发明中荧光粉层是通过表面张力在芯片表面和侧面形成均匀的涂敷层，使得各个方向上的荧光激发和芯片发射光比例几乎相等，从而使得光色均匀。

Description

局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法、荧光粉局部涂敷结构

技术领域

本发明属于LED封装技术领域，涉及一种白光LED的封装方法，尤其涉及一种在LED芯片局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法；同时，本发明还涉及利用上述方法制作的荧光粉局部涂敷结构。

背景技术

半导体照明因为节能、环保、长寿命而受到广泛重视，而白光发光二极管(LED)是半导体照明的核心元器件。

目前，白光LED制备方法主要有三种：把三基色LED通过一定光强比例混合成白光；或通过荧光粉技术把单色LED转化成白光LED；另外就是通过在一个外延片上生长不同的有源层得到直接发白光的LED芯片。

但是市场上常用的白光LED制备方法是由LED发出的蓝光或紫光激发荧光粉混合而得到白光。通常荧光粉是通过混合环氧树脂或硅树脂，然后涂敷在芯片的表面，直至荧光粉达到芯片所在的反光碗杯一定的高度。这种荧光粉涂敷的方法容易导致荧光粉的涂敷量不准，胶体固化前发生荧光粉的沉淀，杯内荧光粉分布不均。从而容易导致LED发光颜色的差异，出现黄圈，蓝圈等，同时批量化的生产导致分BIN数量的增加，直接导致成本的上升。而且过多或过少的荧光粉都会导致光效的急剧下降。碗杯内的厚度大的荧光粉胶体，增加了光线的散射几率，增加了光能的损失。

解决上述问题的方法之一是在芯片区域局部涂敷薄层荧光粉。较早发明这种白光LED涂敷工艺的是美国的Lumileds公司，目前应用于主要的白光LED产品中。其特点是在倒装焊的LED芯片上电泳镀膜技术，旋涂，喷涂，丝网印刷或荧光粉胶饼模压技术将荧光粉涂敷在芯片周围(CN200680040343.4，CN20068000817.3)。

台湾亿光公司则使用光刻的方法，在芯片制作过程中即将荧光粉涂敷在芯片非焊点区域以及芯片四周(CN200710098172.7)。

而Cree公司利用“围坝”，进行荧光粉的局部涂敷(CN 200580051748.3)。刘胜等人则利用模具加压定位于LED的散热基板上，把需要涂敷的芯片及周边区域露出，然后注入荧光粉胶体，固化后脱模，得到荧光粉的局部涂敷(CN200610029856.7)。

Lumileds公司的技术基本上基于倒装焊芯片的技术，对正装或垂直结构的作用有限。而其可以用于常用芯片的喷涂的技术细节并没有详细报道。而亿光公司的技术主要是芯片技术，在封装环节实现非常困难，其所用光刻机设备也较昂贵。Cree的技术针对垂直结构的芯片的“围坝”技术需要专用的设备，同时其管座是专门的设计，很难推广使用。而刘胜等人的技术虽然便于实施，但需要模具，其工艺步骤中有合模，脱模等操作，影响产能。本发明是采用一种雾化喷涂点胶工艺实现LED芯片局部涂敷荧光粉的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法，荧光粉在LED芯片区域的局部涂敷，消除荧光粉引起的白光LED光色不均匀的问题。

此外，本发明还提出一种利用上述局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法制作的荧光粉局部涂敷结构。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法，LED芯片在功率型支架上固晶、焊线之后，把LED支架放置一模具内，露出芯片及边缘区域；用自动点胶机的雾化喷嘴将所喷出荧光粉胶体雾化，在芯片表面和侧壁上细小的荧光粉胶滴联接成膜；通过等离子体处理所述支架的热沉的表面，胶滴主要汇聚在芯片周围；在芯片周围形成一层均匀的荧光粉胶体薄膜，热固化或紫外固化后形成LED荧光粉的局部涂敷。

作为本发明的一种优选方案，该方法包括如下步骤：

步骤A、在固晶之前，首先对支架进行等离子体处理；

步骤B、选择表面和/或侧面粗化的芯片，进行Ag胶固晶或共晶焊固晶；固晶完成后对芯片进行焊线；

步骤C、焊线完成把支架放置于一模具内，使得芯片区域露出以便涂敷荧光粉；

步骤D、利用自动点胶机的雾化喷嘴将荧光粉胶滴雾化成直径小于10微米的颗粒状物质喷出，均匀地沉积在芯片及其周围区域；

步骤E、进行荧光粉胶体的热固化或紫外固化，点荧光粉工序完成。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤A中，对支架进行等离子体处理的气体为氮气、氩气、氧气或其混合气体；处理后的热沉表面金属与荧光粉胶体的接触角在60-80度之间。

作为本发明的一种优选方案，步骤C中，所述模具分上下两部分，包括模具底座、模具遮蔽板；模具底座包括厚度为5-10mm的金属板；金属板上设置若干LED管座的槽，槽深由支架框以下的管座高度决定；金属板上同时设置支架的定位栓，以保证支架上的管座都进入相应的槽中；金属板上进一步设置支架框架的槽，其槽深小于管座槽的深度；模具遮蔽板包括厚度为5-10mm的金属板；金属板上设置若干LED管座的槽，槽深由支架框以上的管座高度决定；金属板上同时设置支架的定位孔，以保证安装在底座支架上的管座都进入相应的槽中；金属板上进一步设置支架框架的槽，其槽深小于管座槽的深度；在管座槽中间开一方孔，尺寸大于芯片尺寸。

作为本发明的一种优选方案，步骤D中，芯片表面和/或侧面经过粗化，胶滴在芯片的表面和侧面易于连接成片，并形成均匀的薄膜；而在管座热沉金属表面，胶滴接触角大而促使其向小接触角的芯片方向流动；同样的，在金属引线上的胶滴也会向芯片表面流动；最终在芯片表面和侧面形成局部的荧光粉涂敷。

作为本发明的一种优选方案，该方法包括如下步骤：

步骤A’、在固晶之前，首先对支架进行等离子体处理；

步骤B’、选择表面和/或侧面粗化的芯片，进行Ag胶固晶或共晶焊固晶；固晶完成后对芯片进行焊线；

步骤C’、焊线完成把支架放置于一模具内，使得芯片区域露出以便涂敷荧光粉；

步骤D’、利用自动点胶机的雾化喷嘴将Si树脂胶水雾化成直径小于5微米的胶水液滴喷出，均匀地沉积在芯片及其周围区域；

步骤E’、进行Si树脂的热固化或紫外固化；

步骤F’、利用自动点胶机的雾化喷嘴将荧光粉胶滴雾化成直径小于10微米的颗粒状物质喷出，均匀地沉积在芯片及其周围区域；

步骤G’、进行荧光粉胶体的热固化或紫外固化，点荧光粉工序完成。

作为本发明的一种优选方案，步骤D’中，胶滴在芯片的表面和侧面连接成片，并形成厚度为10-20微米均匀的薄膜；在管座热沉金属表面，胶滴接触角大而促使其向小接触角的芯片方向流动；同样的，在金属引线上的胶滴也会向芯片表面流动；因而在芯片表面和侧面形成薄层胶水层。

利用上述的局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法制作的荧光粉局部涂敷结构，在功率型LED支架的热沉上镀有Ag反射镜；功率型LED芯片通过Ag胶或金属共晶焊接固定在热沉的Ag表面，芯片的厚度在80-150微米之间；在LED芯片的表面和侧面是荧光粉胶体薄层，其成分是Si树脂混合适量的荧光粉构成，厚度为20-100微米；荧光粉颗粒尺寸小于5微米；芯片上表面有金属接触焊盘和金属引线，焊盘的高度为1-2微米，金属引线通过焊球与焊盘连接，焊球的直径为30-70微米，引线的直径为20-38微米。

作为本发明的一种优选方案，所述热沉的基材为Cu；荧光粉颗粒为尺寸小于1微米的高转换效率荧光粉；焊盘的直径为90-110微米，高度1-2微米。

作为本发明的一种优选方案，在芯片和荧光粉胶体薄层之间增加了一层Si树脂，其厚度在10-20微米之间，树脂也与热沉的表面金属有60-80度的接触角。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明提出的局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法，利用自动点胶机的雾化喷嘴功能，通过微小液滴汇集成片，可以精确定量的在芯片表面和侧面上形成均匀的胶膜。

(2)本发明利用芯片表面的粗糙化，增加胶水在芯片表面的润湿和阻滞胶水的流动。

(3)利用胶体与等离子体处理后的金属层的不浸润特点，保证胶层局限在芯片周围，保证规则的胶体形状和均匀的胶体厚度。

(4)本涂敷方法适用性广，可以适合于几乎所有的类型芯片，正装，倒装，垂直结构等，也适合于不同尺寸的芯片的荧光粉涂敷，不需要新的设备，与现有封装工艺匹配。

(5)增加了白光LED光色的均匀性。因为荧光粉层是通过表面张力在芯片表面和侧面形成均匀的涂敷层，使得各个方向上的荧光激发和芯片发射光比例几乎相等，从而使得光色均匀。保证了每一批次的LED光色能够集中在少数的分类区间中，从而白光LED降低封装的成本。

(6)由于采用的小尺寸的荧光粉颗粒，其与胶体混合更加均匀。不容易发生沉淀，延长胶体的使用时间。

(7)由于采用了热沉金属的等离子体处理，改变金属的表面状况，从而使得荧光粉胶体具有自对准的能力，保证了芯片的局部涂敷。

(8)采用了表面和/或侧面粗化的芯片，不但可以阻滞胶水流动的功能，而且还能有效增加出光效率。

附图说明

图1a为LED芯片局部涂敷荧光粉的截面图。

图1b为LED芯片局部涂敷荧光粉的平面图。

图2a为LED荧光粉的局部涂敷掩蔽用模具底座的结构示意图。

图2b为LED荧光粉的局部涂敷掩蔽用模具遮蔽盖板的结构示意图。

图3a为加荧光粉保护层的LED芯片局部涂敷结构的截面图。

图3b为加荧光粉保护层的LED芯片局部涂敷结构的平面图。

图4为本发明方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

本发明提供一种通过喷涂方法得到荧光粉在芯片局部涂敷的白光LED封装方法。LED芯片在功率型支架上固晶、焊线之后，把LED支架放置一模具内，露出芯片及边缘区域。用自动点胶机的雾化喷嘴将所喷出荧光粉胶体雾化，在芯片表面和侧壁上细小的荧光粉胶滴联接成膜，而在支架的热沉上，因为特殊的等离子体表面处理，胶滴与热沉金属接触角大而主要汇聚在芯片周围。这样在芯片周围形成一层均匀的荧光粉胶体薄膜，热固化或紫外固化后形成LED荧光粉的局部涂敷。

根据本发明的技术方案，其荧光粉局部涂敷的结构如图1a、图1b所示。

图1a为荧光粉局部涂敷结构的截面图，在功率型LED支架的热沉11上镀有Ag反射镜12，热沉的基材一般为Cu。功率型LED芯片13通过Ag胶或金属共晶焊接固定在热沉的Ag表面，芯片的厚度在80-150微米之间。在芯片13的表面和侧面是荧光粉胶体薄层14，其成分是Si树脂混合适量的荧光粉构成，厚度为20-100微米。荧光粉颗粒尺寸最大小于5微米，优选的是尺寸小于1微米的高转换效率荧光粉。芯片上表面有金属接触焊盘15和金属引线16，焊盘的直径一般为100微米左右，高度1-2微米，金属引线16通过焊球与焊盘15连接，焊球的直径在30-70微米，引线的直径在20-38微米之间。

图1b为芯片局部涂敷荧光粉的平面结构，一般的热沉11的直径在2-3.5mm之间，芯片13的边长尺寸在1mm左右(对角线1.4mm)，若芯片尺寸或功率有所变化，热沉的尺寸须做相应的变化。荧光粉胶体14的尺寸与芯片13的尺寸相近，因为胶体的厚度和形变而略大于芯片尺寸。电极焊盘和引线可以在芯片中间或其他合适位置，其与胶体的接触角大而不会粘附过多的荧光粉胶体，从而影响胶体厚度的均匀性。

以上结构是针对1mm LED芯片的典型值，对任意尺寸的芯片，其热沉尺寸和荧光粉胶量可以做相应的变动。

请参阅图4，根据本发明的技术方案，其工艺步骤如下：

【步骤1】在固晶之前，首先对支架进行等离子体处理，其处理的气体为氮气、氩气、氧气或他们的混合气体。处理后的热沉表面金属与荧光粉胶体的接触角在60-80度之间。

【步骤2】选择表面和/或侧面粗化的芯片，进行Ag胶固晶或共晶焊固晶。固晶完成后对芯片进行焊线。

【步骤3】焊线完成把支架放置于一模具内，使得芯片区域露出以便涂敷荧光粉，模具的结构如图2a、图2b所示。

模具分上下两部分，图2a为模具底座的结构示意图。模具底座包括厚度为5-10mm的金属板21；金属板21上设置若干LED管座的槽22，槽深由支架框以下的管座高度决定；同时，金属板21上设置若干支架的定位栓23，以保证支架上的管座都进入相应的槽22中；金属板21上还设置若干支架框架的槽24，其槽深小于管座槽22的深度。

图2b为模具的遮蔽板的结构示意图。模具的遮蔽板包括厚度为5-10mm的金属板41；金属板41上设置若干LED管座的槽42，槽深由支架框以上的管座高度决定；同时，金属板41上设置若干支架的定位孔43，以保证安装在底座支架上的管座都进入相应的槽42中；金属板41上还设置若干支架框架的槽44，其槽深小于管座槽42的深度。在管座槽中间开一方孔45，尺寸略大于芯片尺寸。

【步骤4】利用自动点胶机的雾化喷嘴将荧光粉胶滴雾化成直径小于10微米的颗粒状物质喷出，均匀地沉积在芯片及其周围区域。因为芯片表面和/或侧面经过粗化，所以胶滴在芯片的表面和侧面易于连接成片，并形成均匀的薄膜，同时因为表面的粗化而部分减轻其流动能力。而在管座热沉金属表面，胶滴接触角大而促使其向小接触角的芯片方向流动。同样的，在金属引线上的胶滴也会向芯片表面流动。最终在芯片表面和侧面形成局部的荧光粉涂敷。

【步骤5】进行荧光粉胶体的热固化或紫外固化，点荧光粉工序完成。

本实施例的主要优点如下：

(1)利用自动点胶机的雾化喷嘴功能，通过微小液滴汇集成片，可以精确定量的在芯片表面和侧面上形成均匀的胶膜。

(2)利用芯片表面的粗糙化，增加胶水在芯片表面的润湿和阻滞胶水的流动。

(3)利用胶体与等离子体处理后的金属层的不浸润特点，保证胶层局限在芯片周围，保证规则的胶体形状和均匀的胶体厚度。

(4)本涂敷方法适用性广，可以适合于几乎所有的类型芯片，正装，倒装，垂直结构等，也适合于不同尺寸的芯片的荧光粉涂敷，不需要新的设备，与现有封装工艺匹配。

(5)增加了白光LED光色的均匀性。因为荧光粉层是通过表面张力在芯片表面和侧面形成均匀的涂敷层，使得各个方向上的荧光激发和芯片发射光比例几乎相等，从而使得光色均匀。保证了每一批次的LED光色能够集中在少数的分类区间中，从而白光LED降低封装的成本。

(6)由于采用的小尺寸的荧光粉颗粒，其与胶体混合更加均匀。不容易发生沉淀，延长胶体的使用时间。

(7)由于采用了热沉金属的等离子体处理，改变金属的表面状况，从而使得荧光粉胶体具有自对准的能力，保证了芯片的局部涂敷。

(8)采用了表面和/或侧面粗化的芯片，不但可以阻滞胶水流动的功能，而且还能有效增加出光效率。

实施例二

实施例一说明了本发明典型的实现方法。但是在某些特殊情况下，对涂敷的荧光粉的可靠性提出较高的要求。因此给出本实施例。

如图3a、图3b所示，其区别于实施例一之处即在芯片33和荧光粉胶层34之间增加了一层Si树脂34’，其厚度在10-20微米之间，树脂34’也与热沉的表面金属有较大的接触角。具体制备步骤如下：

【步骤1】在固晶之前，首先对支架进行等离子体处理，其处理的气体为氮气，氩气，氧气或他们的混合气体。处理后的热沉表面金属与荧光粉胶体的接触角在60-80度之间。

【步骤2】选择表面和/或侧面粗化的芯片，进行Ag胶固晶或共晶焊固晶。固晶完成后对芯片进行焊线。

【步骤3】焊线完成把支架放置于一模具内，使得芯片区域露出以便涂敷Si树脂胶水。模具的结构如图2所示。

【步骤4】利用自动点胶机的雾化喷嘴将Si树脂胶水雾化成直径小于5微米的胶水液滴喷出，均匀地沉积在芯片及其周围区域。胶滴在芯片的表面和侧面连接成片，并形成厚度为10-20微米均匀的薄膜。而在管座热沉金属表面，胶滴接触角大而促使其向小接触角的芯片方向流动。同样的，在金属引线上的胶滴也会向芯片表面流动。因而在芯片表面和侧面形成薄层胶水层。

【步骤5】进行Si树脂的热固化或紫外固化。

【步骤6】利用自动点胶机的雾化喷嘴将荧光粉胶滴雾化成直径小于10微米的颗粒状物质喷出，均匀地沉积在芯片及其周围区域的Si树脂保护层上。胶滴在芯片的表面和侧面地Si树脂上连接成片，并形成均匀的薄膜。而在管座热沉金属表面，胶滴接触角大而促使其向小接触角的芯片方向流动。同样的，在金属引线上的胶滴也会向芯片表面流动。最终在芯片表面和侧面形成局部的荧光粉涂敷。

【步骤7】进行荧光粉胶体的热固化或紫外固化，点荧光粉工序完成。

本实施例特点是采用了均匀的Si树脂薄层作为荧光粉层的保护层。其不仅具备实施例一的所有优点外，因为隔离了荧光粉层和芯片的接触，大大地降低了荧光粉受热而引起的老化。从而大大地改善了LED可靠性。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (9)

1.一种局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法，其特征在于：

该方法包括如下步骤：

步骤A、在固晶之前，首先对功率型LED支架的热沉的表面进行等离子体处理；

步骤B、选择表面和/或侧面粗化的LED芯片，进行Ag胶固晶或共晶焊固晶；固晶完成后对芯片进行焊线；

步骤C、焊线完成把支架放置于一模具内，使得芯片区域露出以便涂敷荧光粉；

步骤D、利用自动点胶机的雾化喷嘴将荧光粉胶滴雾化成直径小于10微米的颗粒状物质喷出，均匀地沉积在芯片及其周围区域；

步骤E、进行荧光粉胶体的热固化或紫外固化，点荧光粉工序完成。

2.根据权利要求1所述的局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法，其特征在于：

所述步骤A中，对支架进行等离子体处理的气体为氮气、氩气、氧气或其混合气体；

处理后的热沉表面金属与荧光粉胶体的接触角在60-80度之间。

3.根据权利要求1所述的局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法，其特征在于：

步骤C中，所述模具分上下两部分，包括模具底座、模具遮蔽板；

模具底座包括厚度为5-10mm的金属板；金属板上设置若干LED管座的槽，槽深由支架框以下的管座高度决定；金属板上同时设置支架的定位栓，以保证支架上的管座都进入相应的槽中；金属板上进一步设置支架框架的槽，其槽深小于管座槽的深度；

模具遮蔽板包括厚度为5-10mm的金属板；金属板上设置若干LED管座的槽，槽深由支架框以上的管座高度决定；金属板上同时设置支架的定位孔，以保证安装在底座支架上的管座都进入相应的槽中；金属板上进一步设置支架框架的槽，其槽深小于管座槽的深度；在管座槽中间开一方孔，尺寸大于芯片尺寸。

4.根据权利要求1所述的局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法，其特征在于：

步骤D中，芯片表面和/或侧面经过粗化，胶滴在芯片的表面和侧面易于连接成片，并形成均匀的薄膜；

而在管座热沉金属表面，胶滴接触角大而促使其向小接触角的芯片方向流动；同样的，在金属引线上的胶滴也会向芯片表面流动；最终在芯片表面和侧面形成局部的荧光粉涂敷。

5.一种局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法，其特征在于：

该方法包括如下步骤：

步骤A′、在固晶之前，首先对功率型LED支架的热沉表面进行等离子体处理；

步骤B′、选择表面和/或侧面粗化的LED芯片，进行Ag胶固晶或共晶焊固晶；固晶完成后对芯片进行焊线；

步骤C′、焊线完成把支架放置于一模具内，使得芯片区域露出以便涂敷荧光粉；

步骤D′、利用自动点胶机的雾化喷嘴将Si树脂胶水雾化成直径小于5微米的胶水液滴喷出，均匀地沉积在芯片及其周围区域；

步骤E′、进行Si树脂的热固化或紫外固化；

步骤F′、利用自动点胶机的雾化喷嘴将荧光粉胶滴雾化成直径小于10微米的颗粒状物质喷出，均匀地沉积在芯片及其周围区域；

步骤G′、进行荧光粉胶体的热固化或紫外固化，点荧光粉工序完成。

6.根据权利要求5所述的局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法，其特征在于：

步骤D′中，胶滴在芯片的表面和侧面连接成片，并形成厚度为10-20微米均匀的薄膜；在管座热沉金属表面，胶滴接触角大而促使其向小接触角的芯片方向流动；

同样的，在金属引线上的胶滴也会向芯片表面流动；因而在芯片表面和侧面形成薄层胶水层。

7.利用权利要求1至4之一所述的局部喷涂荧光粉的白光LED封装方法制作的荧光粉局部涂敷结构，其特征在于：

在功率型LED支架的热沉上镀有Ag反射镜；功率型LED芯片通过Ag胶或金属共晶焊接固定在热沉的Ag表面，芯片的厚度在80-150微米之间；

在LED芯片的表面和侧面是荧光粉胶体薄层，其成分是Si树脂混合适量的荧光粉构成，厚度为20-100微米；荧光粉颗粒尺寸小于5微米；芯片上表面有金属接触焊盘和金属引线，焊盘的高度为1-2微米，金属引线通过焊球与焊盘连接，焊球的直径为30-70微米，引线的直径为20-38微米。

8.根据权利要求7所述的荧光粉局部涂敷结构，其特征在于：

所述热沉的基材为Cu；

荧光粉颗粒为尺寸小于1微米的高转换效率荧光粉；

焊盘的直径为90-110微米，高度1-2微米。

9.根据权利要求7所述的荧光粉局部涂敷结构，其特征在于：

在芯片和荧光粉胶体薄层之间增加了一层Si树脂，其厚度在10-20微米之间，树脂也与热沉的表面金属有60-80度的接触角。

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